Entwicklung eines flexiblen, digitalen Stoßspannungsanalysesystem nach IEC 61083-2:2013

Abstract:
Die meisten Betriebsmittel in der Hochspannungstechnik sind im Alltag neben Ihrer eigentlichen Spannungsform diversen anderen Störspannungen ausgesetzt. Eine Gruppe dieser Störspannungsformen sind die impulsförmigen Überspannungen, sei es durch externe Einflüsse (z.B. Blitzeinschlag) oder interne Störquellen (z.B. Schalthandlungen). Daher ist für die meisten Betriebsmittel eine Stoßspannungsprüfung fester Bestandteil der Typprüfung, bei einigen sogar der Stückprüfung. Hierfür werden in den internationalen Normen der IEC 60060-Reihe verschiedene Stoßspannungsformen definiert, die wichtigsten unter ihnen sind die Blitzstoßspannung und die Schaltstoßspannung, welche sich jeweils in den Anstiegs- und Abfallzeiten unterscheiden. Ferner sind abgeschnittene Stoßformen beschrieben. Zur Feststellung der applizierten Stoßspannungsform wird die Spannung mit Hilfe eines Stoßspannungsteilers und einem Auswertesystem aufgezeichnet und analysiert. Im einfachsten Fall kann dieses Auswertesystem durch einen Oszillographen realisiert und die Auswertung per Hand durchgeführt werden. Für einzelne Impulse ist dies noch mit vertretbarem Aufwand verbunden, jedoch ist dieses Vorgehen für eine Typprüfung, welche leicht mehrere Hundert Stöße umfassen kann, nur noch schwer anzuwenden. Daher gibt es für diese Anwendungen automatisierte Stoßauswertesysteme, welche die Aufzeichnung, Auswertung und Archivierung der applizierten Stoßspannungen übernehmen. Die Anforderungen an diese Systeme werden von der IEC 61083-Reihe beschrieben, wobei die IEC 61083-2 die Anforderungen an die Software spezifiziert, genauer noch an das Auswerteverfahren zu Bestimmung der Stirn- und Rückenzeiten der Stoßspannungen. Mit der Neuauflage dieser Norm im Jahre 2013, und somit der Änderung der Anforderungen, können jedoch bestehende Stoßspannungssysteme nicht mehr ohne Einschränkungen weiter genutzt werden. Da diese nun unter anderem vorschreibt, dass die Software in der Lage sein muss, bestimmte Stoßspannungsformen nach vordefinierten Kriterien auszuwerten, wird hierzu ein Testdatengenerator bereitgestellt. Dieser kann Rohdaten mit den entsprechenden Kriterien generieren und exportieren. Mit Hilfe dieser Daten kann die Normkonformität des Systems geprüft werden. Da Softwareupdates bei den meisten Herstellern nicht angeboten werden, wie auch von dem Hersteller des bis dahin im Hochspannungslabor der Universität Duisburg-Essen genutzten Systems, muss in vielen Fällen das System komplett neu beschafft werden. In dem Hochspannungslabor der Universität Duisburg-Essen hingegen wurde beschlossen diese Normänderung zum Anlass zu nehmen und ein eigenes, digitales Stoßauswertesystem zu entwickeln. Im Laufe der Jahre wurde ein neues Stoßauswertesystem, bestehend aus Hardware und Software, entwickelt, welches den Anforderungen der aktualisierten IEC 61083 entspricht. In diesem Beitrag sollen einzelne Aspekte dieses Systems, wie zum Beispiel der Aufbau der Hardware und die Funktionsweise der Software dargelegt werden.